Der südlich Bereich des Ronne Ice Shelfs

Aus den barometrischen Höhe und den Eismächtigkeite aus den EMR-Messungen im siidlichen Ronne Ice Shelf wurde, wie schon fü die einzelnen Eisström oben beschrieben, der Bereich bestimmt, in dem sich das Eis im Schwimmgleichgewicht befindet. Abbildung 5.6 zeigt das Ergebnis dieser Untersuchung fü alle Profile im Gebiet des südliche Ronne Ice Shelfs. Der Vergleich mit der Küstenlin zeigt, da vor allem im Einstrombereich des Möllereisstrom weite Bereiche, die danach auf- liegen sollten. sich im Schwimmgleichgewicht befinden. Die Lage der Aufsetzlinie ist in diesem durch mehrere Eishöcke geprägte Gebiet sehr unsicher.

Abbildung 5.6: Differenz zwischen der Oberflächenhö und der nach dem Schwimm- gleichgewicht berechneten Höh fü die EMR-Profile im südliche Ronne Ice Shelf.

In hellgrau sind die Bereiche, in denen sich die Eissäul im Schwimmgleichgewicht befindet dargestellt. Dunkelgrau kennzeichnet eine positive Differenz und damit Bereiche des Inlandeises oder Eishöcker

6. Akk~~~nitlations- u n d Ablationsvor-qayzge an der Schelfezsuntersezte

Temperatur (¡C

Tf= a*Sb+ b - c*ph

mit a,b,c = const, a = -0.057°C b = -O.O939'C,

C = 7 . 6 4  ¥ 1 0 - ~ " dbar Sb= Salinitä des Meerwassers, hier Sb= 34.6 ppt

AT flüssi

Abbildung 6.1: Druckschmelzpunktskurve fü Meerwasser nach (Foldvik und Kvinge, 1974).

die Gefrierpunktstemperatur Ta abgekühl werden. Gelangt eine solche Wasser- masse ohne Temperaturänderun in eine Tiefe h (mit dem Druck p / i ) so liegt ihre Temperatur oberhalb des dortigen Druckschmelzpunktes (Abb. 6.1). Es steht da- mit Energie fü den Schmelzprozefl zur Verfügung Der Gefrierpunkt einer Wasser- masse häng zusätzlic vom Salzgehalt ab. Ein schematisches Phasendiagramm eines Eis/Meerwassersystems ist in Abbildung 6.2 dargestellt.

10 20 30 40

Salzgehalt (ppt)

Gefnerpunklskurvc

K

- - - in derTiefe h

10 20 30 40

Salzgehalt (ppt)

Abbildung 6.2: Schematisches Phasendiagramm fü das Zweistoffsystem Eis-Salz nach Doake (1976). Links: fü das Abschmelzen, Rechts: fü das Anfrieren.

6.1 Die Eispumpe

-

( 2

Nach Doake (1976) startet ein Schmelzprozefl, wenn E,is (Punkt a) und Meerwasser (Punkt b ) , mit der gleichen Temperatur aber unterschiedlichem Salzgehalt in

Kon-

t a k t kommen. Durch die oberhalb des Druckschmelzpunktes liegende Temperatur des Meerwassers, liegt ein thermodynamisches Ungleichgewicht vor. Das System ist durch Schmelzen des Eises bestrebt dieses aufzuheben. Die Temperatur (da laten- t e Wärm fü den Schmelzprozefl benötig wird) und der Salzgehalt, (durch den Süf3wassereintrag des Meerwassers werden verringert, bis das System einen Gleich- gewichtszustand erreicht hat. Ein Anfrieren von Eis kann aus zweierlei Zustände heraus erfolgen.

1. Meerwasser, welches sich im Gleichgewichtszustand befindet (Punkt C ) kommt mit kältere Eis in Berührung Durch die Wärmeleitun in das Eis kühl sich das Meerwassers ab, und es kommt zur Bildung von Eisplät,tche bis wieder ein Gleichgewichtszustand erreicht ist. Diese Eisplättche lagern sich a n der Eisunterseite a.b. Durch das Ausfrieren erhöh sich der Salzgehalt des Meer- wassers, gleichzeitig erhöh sich seine Temperatur. Der Proze kann solange anhalten bis Schelfeisunterseite und Meerwasser die gleiche Temperatur haben.

Gill (1973) st(e1lte allerdings fest, da die durch diesen Prozef3 hervorgerufene Anfrierrate nicht mehr als ca. 0.1 m / a betragen kann.

2. Meerwasser des Zustandes C steigt an einer geneigten Eisunterseite auf und unterschreitet in einer geringeren Tiefe die Gefrierpunkttemperatur. Den nötige Auft,rieb erhäl sie entweder durch die Schmelzprozesse, durch die sich ihr Salzgehalt verringert und damit auch ihre Dichte. Oder die Ozeanzirkula- tion unter dem Schelfeis sorgt fü einen Aufstieg der Wassermasse. Es kommt.

dann ebenfalls zur Bildung von Eisplättchen Nach (Robin, 1979) könne die meisten Beobachtungen von basalem Anfrieren erklär werden, wenn dieser Auftriebsproze8 die Hauptursache spielt.

Dieses aus dem Meerwasser ausgefrorene an der Eisunterseite abgelagerte Eis wird als marines Eis bezeichnet.

Fü ein Schelfeis wurden die Vorgäng erstmals von Robin (1979) beschrieben und dann von anderen Wissenschaftlern, z.B. (Foldvik und G a m m e l s r ~ d , 1988), (Hellmer und Olbers, 1989; Hellmer und Olbers, 1991), ( M a c A ~ e a l , 1984), (Jenkins, 1991) (Kipfstuhl, 1991) weiterentwickelt. Eine schematische Darstellung der Prozesse ist in Abbildung 6.3 dargestellt.

Danach dringt hochsalines Schelfwasser (High Salinity Shelf Water, HSSW) aufgrund der ozeanischen Strömun weit unter das Schelfeis. Diese Wassermasse wird währen der Wintermonate auf dem kontinentalen Schelf durch das Ausfrieren von Meereis gebildet und wird dem Westlichen Schelfwasser (Western Shelf Water, WSW) zuge- ordnet (Grosfeld und Blindow, 1993). Sie weist wegen des hohen Salzgehaltes von mehr als 34.7 ppt und ihrer Temperatur von ca. -l.g° (Foldvik et al., 1985) eine sehr hohe Dichte auf. Dadurch flie§ das HSSW entlang dem zum Kontinent absinkenden Meeresboden unter das Schelfeis bis in Tiefen grö§ als 1500 m und bleibt dabei weitgehend unverändert Der Druckschmelzpunkt beträg in dieser Tiefe ca. -3.0°C An der Aufsetzline kommt das relativ warme HSSW mit dem Eis in Berührun und es setzen, wie oben beschrieben, Schmelzprozesse ein, die Schmelzraten von mehreren Metern pro J a h r erreichen können Am Meeresboden entsteht eine Zirkulai.ions- zelle aus der sich durch Schmelzwassereintrag eine modifizierte Wasserrnasse bildet,

76 6. Akkumulations- und Abla~tzonsvorgäng an der Schelfezsuntersezte

ca. 500 km

Abbildung 6.3: Schematische Darstellung zum Modell der zweidimensionalen Zirku- lation nach (Robin, 1979)

das sogenannten Schelfeiswasser (Ice Shelf Water, ISW). Dieses Wasser steigt auf- grund seines Auftriebs a n der geneigten Schelfeisunterseite in geringere Tiefen auf.

Währen des Aufstiegs wird es weiter mit HSSW vermischt. Je geringer die Tiefe der aufsteigenden Wassermasse wird, desto kleiner werden die Schmelzraten. Zum einen kann dies durch die Veränderun des Druckschmelzpunktes erklär werden, zum anderen durch das Abkühle der Wassermasse mit der ständige Zumischung von kalt.em Schmelzwasser. Dadurch verliert die Wassermasse an Auftrieb und es verringert sich ihre Geschwindigkeit, mit der sie an der Schelfeisunterseite hoch- strebt. Der Eintrag von wärmere HSSW wird damit kleiner (Nicholls et al., 1991).

Schlic§lic wird ein Punkt erreicht, an dem die aufsteigende Wassermasse aufgrund der Schmelzprozesse unterkühl wird. D.h. ihre Temperatur liegt unter dem Druck- schmelzpunkt der Umgebung. Um das thermische Gleichgewicht wiederzuerlangen, kommt es zur Bildung von Eiskristallen, welche sich an der Unterseite des Schelf- eises anlagern können Solche marinen Eiskörpe wurden beispielsweise unter dem Filchner-Ronne-Schelfeis gefunden.

Dieser Proze wurde von Lewis und Perkin (1986) als ,,Eispumpel' beschrieben.

Wichtig zu bemerken ist, da der Proze nicht von der Wärm in der Wassersäul abhängi ist. sondern zusätzlic zum Schmelzen durch die Advektion von warmen Wasser zur Eis-Wasser-Grenze wirkt (Lewis und Perkin, 1986). Durch den Ein- trag von salzreicherem HSSW, sowie der Salzausscheidung bei der Bildung von Eisplättchen verliert die Wassermasse an Auftriebskraft und lös sich von der Schelf- eisunt,erseite, so da an der Schelfeisfront das ISW in mittleren Tiefen gefunden wird (Nicholls et al., 1991). An der Schelfeisfront liefert die Gezeitenströmun den fü Schmelzprozesse nötige Energieaustausch (Jacobs et al., 1985).

6.2 Ermittlung von Ablationsbeträge fü das südlich Ronne Ice Shelf 77

6.2 Ermittlung von Ablationsbeträge fü das